Инженеры из Университета штата Северная Каролина создали композит на основе углеволокна, который способен автоматически восстанавливать трещины и расслоения. В испытаниях материал прошёл более 1000 циклов повреждения и ремонта и сохранил прочность выше уровня обычных аналогов.
Углеволоконные композиты применяют в промышленности почти сто лет. Они прочные и лёгкие, но со временем теряют целостность: волокна отделяются от эпоксидной матрицы, появляются трещины, детали требуют ремонта или замены. Исследователи предложили конструкцию, которая решает эту проблему за счёт встроенной системы самовосстановления.
В основу технологии легла тонкая прослойка термопластика — поли(этилен-ко-метакриловой кислоты) (EMAA). Её печатают 3D-методом прямо на армирующие волокна. Такая вставка увеличивает устойчивость к расслоению в 2–4 раза. Внутрь композита также добавили углеродные слои, выполняющие роль нагревателей.
Если в материале возникает трещина, через нагревательные слои пропускают ток. Локальный нагрев поднимает температуру до 150–200°C. Термопластик плавится, заполняет микроповреждения и после остывания снова связывает структуру за счёт переплетения полимерных цепей. Процесс проходит автоматически и не требует разборки конструкции.
В лабораторных тестах композит на протяжении 40 дней выдержал свыше 1000 циклов «повреждение — нагрев — восстановление». Прочность постепенно снизилась с 175% от базового уровня до 60%, однако даже после длительных испытаний материал оставался крепче традиционных углеволоконных решений.
Авторы считают, что технология способна заметно увеличить срок службы композитных конструкций. При активации восстановления раз в три месяца деталь может прослужить более 125 лет, а при ежегодной процедуре — до 500 лет. Это важно для авиации, ветроэнергетики, автопрома и космических аппаратов, где ремонт дорог или невозможен.
Разработку уже запатентовали. Лицензированием занимается стартап Structeryx. Исследователи полагают, что технология может приблизить появление долговечных композитов с минимальными затратами на обслуживание.
Подробности о разработке опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: freepik
